微電網(wǎng)中集裝箱儲能系統(tǒng)的應用

許文文

摘要：為改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量，本文提出了一套適用于微電網(wǎng)的集裝箱儲能系統(tǒng)，該集裝箱儲能系統(tǒng)主要包含磷酸鐵鋰電池簇、電池管理系統(tǒng)、功率變換系統(tǒng)和儲能監(jiān)控系統(tǒng)，詳細介紹了每個系統(tǒng)的作用及相互間的聯(lián)系，并論述了其應用。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);集裝箱儲能系統(tǒng);應用

1微電網(wǎng)

微電網(wǎng)（Micro-Grid）也譯為微網(wǎng)，是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。開發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠充分促進分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實現(xiàn)對負荷多種能源形式的高可靠供給，是實現(xiàn)主動式配電網(wǎng)的一種有效方式。

2集裝箱儲能系統(tǒng)

其主要由儲能電池簇、電池管理系統(tǒng)（BMS）、功率變換系統(tǒng)（PCS）、儲能監(jiān)控系統(tǒng)（EMS）等組成。其技術(shù)核心是電池模塊和電池簇結(jié)構(gòu)設(shè)計、電池管理系統(tǒng)技術(shù)、電池系統(tǒng)的控制技術(shù)、熱管理系統(tǒng)設(shè)計等。在集裝箱儲能系統(tǒng)中儲能電池簇、電池簇控制單元、PCS以及電網(wǎng)構(gòu)成動力主回路，進行電能的轉(zhuǎn)換和輸入輸出。儲能電池管理模塊（BMU）、組端采集模塊（BCMU）、儲能系統(tǒng)管理單元（BAMS）、PCS以及EMS構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸采集數(shù)據(jù)、報警信息和控制信號，實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)的即時控制。BMU與儲能電池直接連接，獲取單體電池的電壓、溫度、SOC等信息，其中均衡模塊可以對電池進行均衡維護。BCMU連接至整組電池及動力主回路，可采集組端電壓、主回路電流等信息。其中斷路器（QF）、直流接觸器（KM）和熔斷器（FU）構(gòu)成主電路的保護和控制結(jié)構(gòu)，分流器（FL）用于采集電池簇電流。

3兆瓦級集裝箱儲能系統(tǒng)

本文以某地區(qū)為例，該地區(qū)為了實現(xiàn)儲能與光伏能源互補，平滑隨機氣象、技術(shù)原因引起的新能源間隙性波動，實現(xiàn)清潔能源高效利用，同時達到針對峰谷電價策略，按照夜儲日供的策略，減少單位用電支出的目的，建設(shè)了總?cè)萘繛?.5MWh的集裝箱儲能系統(tǒng)，見圖1。該集裝箱式電池儲能系統(tǒng)是以40尺標準集裝箱為載體，將磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)、PCS、BMS、EMS、空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、配電系統(tǒng)等集中在一個特制箱體內(nèi)，以實現(xiàn)高集成度、大容量、可移動的儲能裝置，具有隔熱、恒溫、消防阻燃、防風沙等特點，滿足復雜環(huán)境下的使用。

3.1磷酸鐵鋰電池簇

其具有較高的安全性，電池不會因過充、過放、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒。同時磷酸鐵鋰電池為綠色環(huán)保電池，不含重金屬與稀有金屬，無毒、無污染。為達到系統(tǒng)功率和容量要求，電池簇設(shè)計時采用8簇電池并聯(lián)，每簇96個6.4V320Ah電池模塊串聯(lián)，串并聯(lián)后總?cè)萘窟_到1.57MWh。

3.2BMS電池管理系統(tǒng)

3.2.1系統(tǒng)功能

BMS通過三層模塊實時檢測和上傳電池及電池簇電壓、溫度、電流等電池參數(shù)，估算電池SOC、SOH、電量等能量狀態(tài)，電池報警和保護，電池簇均衡，BMS故障診斷，與其他系統(tǒng)通信，實現(xiàn)電池智能管理。BMU實現(xiàn)電池電壓和溫度模擬量測量、電池電壓和溫度異常報警和上報、電池SOC和SOH估算、電池均衡等功能。BCMU實現(xiàn)電池簇電壓、電流、環(huán)境溫度、絕緣電阻檢測，電池簇電壓、電流、環(huán)境溫度、絕緣異常報警，電池簇SOC估算，執(zhí)行電池簇保護，單體電池信息上傳等。BAMS上傳和匯總展示電池及電池簇信息，電量計算，BMS系統(tǒng)內(nèi)故障診斷，BMS參數(shù)設(shè)定，電池簇就地監(jiān)控，與PCS和EMS通信等。

3.2.2通訊

BMU、BCMU、BAMS之間通過CAN總線高速率通訊，能夠?qū)崟r獲取電池電壓、電流、SOC、溫度等信息。同時自下而上地采集信息和自上而下地控制信號都能及時送達，保證了系統(tǒng)控制的即時和準確。BMS和PCS采用基于RS485接口的MODBUS協(xié)議通信。BMS與上級監(jiān)控主機使用RJ45通信，數(shù)據(jù)傳輸采用TCP/IP及MODBUS協(xié)議。因此通過遠程服務器經(jīng)以太網(wǎng)可對集裝箱儲能系統(tǒng)進行實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控，使儲能系統(tǒng)得以及時的維護，保證儲能系統(tǒng)的安全運行，提高供電系統(tǒng)的可靠性。

3.3PCS

電池簇通過功率變換系統(tǒng)與電網(wǎng)交換能量，起到了電池與電網(wǎng)間連接的接口作用，實現(xiàn)能量在電池與電網(wǎng)間的雙向交換。該儲能系統(tǒng)需要實現(xiàn)四組電池的單獨控制，通過投切靈活配置容量，DC/DC變換器采用下垂控制。由于單級型功率變換系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)容量不能隨時改變，儲能系統(tǒng)電壓輸出不穩(wěn)定，均流特性較差。該微電網(wǎng)中的功率變換系統(tǒng)作為光儲互補系統(tǒng)的一部分，需要實現(xiàn)多組電池的獨立控制、系統(tǒng)容量的自由配置及根據(jù)實際情況投切電池簇，故功率變換系統(tǒng)設(shè)計為多級型拓撲結(jié)構(gòu)。多級型功率變換系統(tǒng)將蓄電池簇產(chǎn)生的直流電能先經(jīng)過DC/DC變換器升壓，再供給PWM變流器作為直流側(cè)輸入電壓，經(jīng)逆變后輸入電網(wǎng)。反之電網(wǎng)產(chǎn)生的交流電能，經(jīng)過PWM變流器整流成直流電壓，經(jīng)過DC/DC變換器降壓，輸出儲能電池簇的充電電壓。

3.4EMS

其搭載在控制主機上，采用B/S架構(gòu)設(shè)計，通過以太網(wǎng)通信獲取電池、BMS、PCS的基本信息以及儲能系統(tǒng)工作環(huán)境狀態(tài)信息等基本數(shù)據(jù)，并對其處理分析，智能管理、控制調(diào)度電池模塊充放電;EMS具有可視化交互界面，實時更新顯示儲能系統(tǒng)狀態(tài);EMS將運行過程中的儲能系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障報警數(shù)據(jù)、工作人員操作信息等，記錄并存入數(shù)據(jù)庫，以供調(diào)用、查詢。EMS還能對電池做在線的、實時的健康狀態(tài)評估，便于用戶及時了解電池的性能，提高工作效率，減少工作負擔。

4微電網(wǎng)中集裝箱儲能系統(tǒng)的應用

微電網(wǎng)中應用集裝箱儲能系統(tǒng)，其能根據(jù)峰谷特性，在谷段對電池進行充電，將多余電能儲存起來，在峰段將能量回饋給電網(wǎng)。風電、光伏發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)微網(wǎng)系統(tǒng)控制選擇接入母線;接入母線時，可以將風電、光伏等能量儲存起來，真正實現(xiàn)了“負荷調(diào)節(jié)、配合新能源接入、彌補線損、功率補償、提高電能質(zhì)量”，也可以實現(xiàn)孤網(wǎng)運行功能。儲能電池簇充電結(jié)束處于備用狀態(tài)，可由后臺統(tǒng)一控制回饋電網(wǎng)。以兆瓦級儲能系統(tǒng)作為一個單元，適用范圍廣，可以通過多個單元并聯(lián)組合擴充容量。

5結(jié)束語

儲能系統(tǒng)接入微電網(wǎng)，可以作為后備電源提供短時供電，也能夠解決電壓跌落、瞬時供電中斷等動態(tài)電能質(zhì)量問題，通過調(diào)壓、調(diào)頻以及系統(tǒng)故障時的低電壓穿越等維持系統(tǒng)穩(wěn)定，通過向電網(wǎng)及負荷提供有功和無功補償、維持電壓穩(wěn)定，改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量。因此儲能系統(tǒng)成為調(diào)節(jié)微電源性能，保證負荷供電質(zhì)量，抑制系統(tǒng)振蕩的重要環(huán)節(jié)。所以本文對微電網(wǎng)中集裝箱儲能系統(tǒng)的應用進行了探討。

參考文獻

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